KR101211353B1

KR101211353B1 - 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경

Info

Publication number: KR101211353B1
Application number: KR1020100135329A
Authority: KR
Inventors: 서재길; 김재일
Original assignee: 주식회사 엠지비엔도스코피
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-12-13
Also published as: KR20120073535A

Abstract

본 발명은 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경에 관한 것으로, 환자의 체내에 삽입되어 영상정보를 제공하는 관형상의 몸체(130)를 가지는 내시경에 있어서, 상기 관형상의 몸체(130)는, 상기 몸체(130)의 말단에 경사면을 지니도록 형성되는 몸체 경사면(131);과, 상기 몸체 경사면(131)의 내부에 설치되며 상기 몸체 경사면(131)에 수직인 방향의 경사 회전축(121)을 가지는 회전 구동 수단(120);과, 상기 경사 회전축(121)에 일 말단이 연결되되, 상기 일 말단측은 상기 몸체(130)의 삽입 상태에서 전체적으로 일직선상에 위치하도록 상기 몸체 경사면(131)에 대응하는 선단부 경사면(111)을 가지는 선단부(110);와, 상기 선단부(110)의 전단 측부에 설치되며, 한 쌍의 렌즈(112)가 설치된 촬영 소자(113);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경(100)에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 비교적 넓은 촬영 소자 간격을 가지는 것이 가능하여 더욱 효과적인 입체 영상의 구현이 가능한 한 쌍의 CCD 카메라를 환자의 체내로 삽입하면서도, 절개를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

Description

경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경{Endoscope for providing 3D image data}

본 발명은 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경에 관한 것으로, 환자의 체내에 삽입되어 영상정보를 제공하는 관형상의 몸체(130)를 가지는 내시경에 있어서, 상기 관형상의 몸체(130)는, 상기 몸체(130)의 말단에 경사면을 지니도록 형성되는 몸체 경사면(131);과, 상기 몸체 경사면(131)의 내부에 설치되며 상기 몸체 경사면(131)에 수직인 방향의 경사 회전축(121)을 가지는 회전 구동 수단(120);과, 상기 경사 회전축(121)에 일 말단이 연결되되, 상기 일 말단측은 상기 몸체(130)의 삽입 상태에서 전체적으로 일직선상에 위치하도록 상기 몸체 경사면(131)에 대응하는 선단부 경사면(111)을 가지는 선단부(110);와, 상기 선단부(110)의 전단 측부에 설치되며, 한 쌍의 렌즈(112)가 설치된 촬영 소자(113);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경(100)에 관한 것이다.

일반적으로 내시경은 직달경(直達鏡)이라 하여 하나의 통(筒)으로 되어 있는대, 치료와 진단을 목적으로 인체내부를 관찰하기 위해 환자의 체내에 삽입(체내에 삽입하는 예로는 구강을 통하여 삽입을 할 수도 있으며, 수술부위를 절개하고 절개한 곳에 삽입할 수 있다. 편의상, 후자를 예를 들어 설명하기로 한다.)하여 의사가 환자의 장기를 직접 육안으로 보며 치료할 경우에 사용하게 된다.

그러나, 상기와 같은 하나의 통으로 되어 있는 내시경은 2D(2차원, 평면)화면을 제공하여 입체감이 떨어지므로, 정교한 수술시에 환자의 치료부위(환부)에 정밀한 접근이 어려운 문제점이 있었다.

이러한 2D 화면이 제공되는 내시경에 대한 해결책으로서, 본 출원인에 의해 하기 특허 선행 기술 문헌과 같은 '3차원 영상데이터를 제공하는 내시경'(출원번호 10-2007-0096119호)을 출원하여 등록받은 바가 있다. 상기 내시경은, 도 1에 도시된 바와 같이, 환자의 체내에 삽입되어 영상정보를 제공하는 내시경에 있어서, 상기 내시경전면부에 평행하게 설치되는 한쌍의 렌즈; 상기 한쌍의 렌즈의 후면에 각각 위치하여 렌즈에 맺힌 상을 촬영하는 한쌍의 CCD 카메라; 상기 내시경전면부에 위치하여 환부에 빛을 조사하는 광조사부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그러나 상기 '3차원 영상데이터를 제공하는 내시경'을 이용하여 수술할 때에는 두 개의 로드렌즈 열이 복부로 삽입(즉, 2개의 카메라가 삽입)되어야 하므로, 하나의 로드렌즈 열이 삽입될 때보다 훨씬 많이 절개를 하여야 한다. 한편, 복부절개를 최소화하는 경우(12mm 정도)에는, 양안(兩眼)간의 간격이 너무 좁아 촛점을 맞추기가 어려운 문제점이 발생한다.

대한민국 등록 특허 10-0935932B

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 한쌍의 렌즈 및 촬상소자를 이용하여 입체적인 화면을 제공함에도 불구하고, 체내에 삽입시에 최소한의 삽입공간이 필요하게 되는(수술부위의 절개를 최소화할 수 있는) 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경을 제공하는 것을 그 과제로 한다.

상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경은, 환자의 체내에 삽입되어 영상정보를 제공하는 관형상의 몸체(130)를 가지는 내시경에 있어서, 상기 관형상의 몸체(130)는, 상기 몸체(130)의 말단에 경사면을 지니도록 형성되는 몸체 경사면(131);과, 상기 몸체 경사면(131)의 내부에 설치되며 상기 몸체 경사면(131)에 수직인 방향의 경사 회전축(121)을 가지는 회전 구동 수단(120);과, 상기 경사 회전축(121)에 일 말단이 연결되되, 상기 일 말단측은 상기 몸체(130)의 삽입 상태에서 전체적으로 일직선상에 위치하도록 상기 몸체 경사면(131)에 대응하는 선단부 경사면(111)을 가지는 선단부(110);와, 상기 선단부(110)의 전단 측부에 설치되며, 한 쌍의 렌즈(112)가 설치된 촬영 소자(113);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 선단부(110)의 상기 렌즈(112) 옆에는 환자의 환부에 빛을 조사하는 광원(114)이 더 포함된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몸체 경사면(131)은 상기 몸체(130)의 중심축에 대하여 45°의 각도를 가지는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 회전 구동 수단(120)은, 베벨 기어(bevel-gear)(123)가 일 말단에 형성된 회전축(122)과, 상기 베벨 기어(bevel-gear)(123)에 연동하여 구동되며 상기 경사 회전축(121)과 연결된 내치면 베벨기어(inner face bevel gear)(124)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 비교적 넓은 촬영 소자 간격을 가지는 것이 가능하여 더욱 효과적인 입체 영상의 구현이 가능한 한 쌍의 CCD 카메라를 환자의 체내로 삽입하면서도, 절개를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

도 1: 종래의 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경의 사시도.
도 2: 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경의 삽입 상태에서의 외관 사시도.
도 3: 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경의 관측 상태에서의 외관 사시도.
도 4: 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경의 단면도.
도 5: 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경의 회전 구동 수단의 상세구조도.
도 6: 본 발명의 제 2 실시예에 따른 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경의 회전 구동 수단의 상세구조도.
도 7: 본 발명의 제 3 실시예에 따른 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경의 회전 구동 수단의 상세구조도.
도 8: 본 발명의 다른 실시예에 따른 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경의 작동을 나타내는 모식도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경을 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경은 선단부(110), 회전 구동 수단(120)을 포함하는 관형상의 몸체(130)에 특징이 있다.

상기 몸체(130)의 말단에는 도 2 및 도 4에 도시한 것과 같이 경사면을 지니도록 형성되는 몸체 경사면(131)이 형성되어 있다. 상기 몸체 경사면(131)은 상기 몸체(130)의 중심축에 대하여 일정한 각도(A)를 가지도록 형성되어 있으며, 일반적으로 상기 각도(A)는 30~50°사이의 각도를 가지게 되며, 가장 바람직하게는 도 45°의 각도를 가지도록 하여, 도 3에 도시한 것과 같이 관측시에 상기 몸통(130)과 상기 선단부(110)가 서로 직각이 되도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 회전 구동 수단(120)에 관하여 설명한다. 상기 회전 구동 수단(120)은 본 발명에서 한 쌍의 렌즈(112)가 상기 선단부(110) 측면에 설치됨에 따라 반드시 필요한 부분이다. 도 8에 도시한 것과 같이 최소 절개면을 가지면서 환자의 수술을 위해 절개된 곳에 삽입된 한 쌍의 렌즈는 상기 선단부(110)의 측면부에 위치하게 되므로, 환부를 직접 향할 수 없게 된다. 따라서 상기 회전 구동수단(120)에 의하여 도 8에 도시한 것과 같이 상기 선단부(110)가 특정 각도만큼 회전하면, 선단부의 렌즈가 비로소 환자의 환부를 향할 수 있게 되는 것이다.

상기 회전 구동 수단(120)은 도 4에 도시한 것과 같이 상기 몸체 경사면(131)의 내부에 설치되며, 상기 몸체 경사면(131)에 수직인 방향의 경사 회전축(121)을 가진다. 상기 회전 구동 수단(120)을 구성하는 실시예로는 기계적 구조물을 사용하는 경우와 서보 모터등 전기/전자적 구동 수단을 사용하는 경우는 물론, 공압/유압을 사용하는 경우 등 대단히 다양한 실시예가 가능하다. 이러한 상기 회전 구동 수단(120)을 구성하는 일 실시예 중 사용자가 필요에 따라 상기 회전 구동 수단(120)을 수동으로 조절하는 기계적 구성의 경우에는 도 5에 도시한 것과 같이, 상기 회전 구동 수단(120)은 베벨 기어(bevel-gear)(123)가 일 말단에 형성된 회전축(122)과, 상기 베벨 기어(bevel-gear)(123)에 연동하여 구동되며 상기 경사 회전축(121)과 연결된 내치면 베벨기어(inner face bevel gear)(124)로 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 사용자가 조정 핸들(미도시) 등 상기 회전축(122)에 연결된 장비를 이용하여 상기 회전축(122)을 회전시키며 조정하면, 이러한 사용자의 조작에 따라 상기 회전축(122)의 일 말단에 설치된 상기 베벨 기어(bevel-gear)(123)의 회전에 연동하여 상기 경사 회전축(121)과 연결된 내치면 베벨기어(inner face bevel gear)(124)가 회전하게 된다. 한편, 상기 회전축(122)과 상기 경사 회전축(121)은 후술할 촬영소자(113) 또는 광원(114)에 배선이 연결되는 것을 고려하여 도 5에 도시한 것과 같이 내부가 비어있는 파이프 형태인 것이 바람직하다.

한편, 상기 회전 구동 수단(120)을 사용자가 필요에 따라 상기 회전 구동 수단(120)을 수동으로 조절하는 기계적 구성의 제 2 실시예로는 도 6에 도시한 것과 같이, 독 본(dog-bone)(125)이 일 말단에 형성된 회전축(122)과, 상기 독 본(dog-bone)(125)이 삽입되며 상기 경사 회전축(121)과 연결된 컵 조인트(126)를 포함하여 구성하는 것이 가능하다. 한편, 상기 회전 구동 수단(120)을 구성하는 제 3 실시예로는 도 7에 도시한 것과 같이 상기 회전축(122)을 플렉시블 샤프트(Flexible Shaft)로 구성하는 것도 가능하다.

다음으로, 선단부(110)에 관하여 설명한다. 상기 선단부(110)는 도 4에 도시한 것과 같이 상기 경사 회전축(121)에 일 말단이 연결되되, 상기 일 말단측은 상기 몸체(130)의 삽입 상태에서 전체적으로 일직선상에 위치하도록 상기 몸체 경사면(131)에 대응하는 선단부 경사면(111)을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 선단부(110)에는 도 4에 도시한 것과 같이, 렌즈(112)를 포함하는 촬영소자(113)가 포함된다.

상기 렌즈(112)는 도 4에 도시한 것과 같이, 상기 내시경 선단부(110)의 측면에 한 쌍이 설치된다. 종래의 내시경에서 렌즈는 선단부 끝에 설치되는 것이 일반적인데 반하여, 본 발명에는 렌즈가 내시경 선단부의 측면에 설치되는 것이 큰 특징이라 할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 한 쌍의 렌즈가 선단부 측면에 설치되어, 하나의 렌즈(로드렌즈열)이 들어갈 만큼의 절개부위로도 두 개의 렌즈가 들어갈 수 있게 된다. 일단, 한 쌍(두 개)의 렌즈가 들어간 후에는, 후술할 회전 구동수단(120)에 의하여 상기 선단부(110)가 도 3 및 도 7에 도시한 것과 같이 관측에 적합한 위치로 회전하여 이동되어, 한 쌍의 상기 렌즈(112)가 수술부위를 향할 수 있게 된다. 이 경우, 상기 한 쌍의 렌즈(112)는 도 3에 도시한 것과 같이, 관측위치에서 상기 선단부(110)가 회전하여 꺾이는 상태에서, 환부 방향을 바라보는 외측에 위치하도록 설치되는 것이 바람직하다.

또한 상기 렌즈(112)는 당연히 줌기능과 틸트기능을 가질 수 있으며, 상기 렌즈의 후단에는 도 4에 도시한 것과 같이 CCD(Charge Coupled Device) 등 촬영소자(113)가 설치된다. 카메라에 있어서 줌(zoom)/틸트(tilt)기능 및 촬영소자에 대한 것은 공지기술이므로 자세한 설명을 생략하기로 한다.

또한 상기 한 쌍의 렌즈(112)는 바람직하게는 서로 가까와 지거나 멀어지도록 제어가 가능한 매커니즘을 택하게 하여, 수술부위까지의 거리에 맞게 쉽게 촛점을 잡을 수 있다.

한편, 상기 선단부(110)의 상기 렌즈(112) 옆에는 환자의 환부에 빛을 조사하는 광원(114)이 더 포함되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 광원(114)은 내시경 선단부 측면, 상기 한 쌍의 렌즈(112) 옆에 설치되어 빛을 발산하는 것으로서, 내시경이 환자의 체내에 삽입되었을 때, 환부의 관찰을 용이하게 한다. 상기 광원(114)의 설치 위치는 다양하게 변경 설치가 가능하나, 가장 바람직하게는 도 2 및 도 3에 도시한 것과 같이 상기 한 쌍의 렌즈(112) 사이에 설치되어, 각각의 상기 렌즈(112)/촬영소자(113)에 대해 균등한 조명을 제공하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 광원(114)은 다양한 방법을 통하여 빛을 조사하는 것이 가능하나, 최근 들어 휘도가 점차 개선되는 엘이디(LED) 또는 광화이버(optical-fiber)이면 충분하다.

도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 내시경
110: 선단부 111: 선단부 경사면
112: 렌즈 113: 촬영소자
114: 광원
120: 회전 구동 수단 121: 경사 회전축
122: 회전축 123: 베벨 기어
124: 내치면 베벨기어 125: 독 본(dog-bone)
126: 컵 조인트(cup-joint)
130: 몸체

Claims

환자의 체내에 삽입되어 영상정보를 제공하는 관형상의 몸체(130)를 가지는 내시경에 있어서,
상기 관형상의 몸체(130)는,
상기 몸체(130)의 말단에 경사면을 지니도록 형성되는 몸체 경사면(131);
상기 몸체 경사면(131)의 내부에 설치되며, 상기 몸체 경사면(131)에 수직인 방향의 경사 회전축(121)을 가지는 회전 구동 수단(120);
상기 경사 회전축(121)에 일 말단이 연결되되, 상기 일 말단측은 상기 몸체(130)의 삽입 상태에서 전체적으로 일직선상에 위치하도록 상기 몸체 경사면(131)에 대응하는 선단부 경사면(111)을 가지는 선단부(110);
상기 선단부(110)의 전단 측부에 설치되며, 한 쌍의 렌즈(112)가 설치된 촬영 소자(113); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경(100).
청구항 1에 있어서,
상기 선단부(110)의 상기 렌즈(112) 옆에는 환자의 환부에 빛을 조사하는 광원(114)이 더 포함된 것을 특징으로 하는 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경(100).
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 몸체 경사면(131)은 상기 몸체(130)의 중심축에 대하여 45°의 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경(100).
청구항 3에 있어서,
상기 회전 구동 수단(120)은, 독 본(dog-bone)(125)이 일 말단에 형성된 회전축(122)과, 상기 독 본(dog-bone)(125)이 삽입되며 상기 경사 회전축(121)과 연결된 컵 조인트(126)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경(100).
청구항 3에 있어서,
상기 회전 구동 수단(120)은, 베벨 기어(bevel-gear)(123)가 일 말단에 형성된 회전축(122)과, 상기 베벨 기어(bevel-gear)(123)에 연동하여 구동되며 상기 경사 회전축(121)과 연결된 내치면 베벨기어(inner face bevel gear)(124)로 구성되는 것을 특징으로 하는 경사 회전축을 구비한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경(100).